CN107356898A - 一种谐波信号源校准方法及电能质量标准谐波信号源 - Google Patents

一种谐波信号源校准方法及电能质量标准谐波信号源 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种谐波信号源校准方法，包括：S1：设定参数设置值、预想输出值；S2：测量实际输出值，根据参数校准公式计算出校准值，判断校准值是否符合预设的精度范围，若是，则执行步骤S4，否则执行步骤S3；S3：令预想输出值等于校准值，返回执行步骤S2；S4：令谐波信号源的参数设置值等于校准值，使得谐波信号源输出高精度信号。本发明通过谐波信号源校准方法将普通谐波信号源的校准值计算出来，通过校准值可以使普通谐波信号源输出高精度信号，满足精度需求的同时，还有普通谐波信号源结构简单、成本低的特点，解决了普通谐波信号源精度差、而标准谐波信号源结构复杂、成本高的技术问题。本发明还提供了电能质量标准谐波信号源。

Description

一种谐波信号源校准方法及电能质量标准谐波信号源
技术领域
本发明涉及标准谐波信号源技术领域，尤其涉及一种谐波信号源校准方法及电能质量标准谐波信号源。
背景技术
电能质量是指供用电设备的电压、电流的各种指标偏离规定范围的程度。标准谐波信号源是指能输出高精度的基波叠加谐波的电压、电流信号源，主要用于校准电能质量分析仪的电压、电流谐波测量指标。
电能质量标准谐波信号源是电能质量校准实验室的重要标准设备，用于校准电能质量分析仪的电压、电流谐波测量指标，见图1。
标准谐波信号源一般应具备以下功能：
a)能输出2～50次谐波，能设置幅值、相位；电压峰值不小于600V，电流峰值不小于10A；
b)基波频率范围满足电能质量分析仪的测量范围，一般为42.5～57.5Hz；
c)谐波信号误差不大于电能质量分析仪最大允许误差的20％；
d)具有一定的带负载能力。
目前市场上能满足校准实验室要求的标准谐波信号源主要是福禄克6100系列，该信号源主要有以下缺点：
a)体积大、重量大，不便于送到上级计量机构溯源；
b)结构复杂，元器件多，造成故障率偏高；
c)维修不方便，维修费用高、周期长；
d)购置费用高。
市场上也有其他厂家提供标准谐波信号源，但精度不满足要求，带负载能力较差。
因此，现有的标准谐波信号源要么不能满足精度要求，要么复杂、体积大、故障率高、维修购置费用高。
因此，需要设计一种结构简单、体积小、成本低且精度高的谐波信号源来解决上述问题。
发明内容
本发明提供了一种谐波信号源校准方法及电能质量标准谐波信号源，用于解决普通谐波信号源精度差、而标准谐波信号源结构复杂、体积大、成本高的技术问题。
本发明提供的一种谐波信号源校准方法，包括：
S1：设定谐波信号源的参数设置值，令预想输出值等于参数设置值；
S2：测量谐波信号源的实际输出值，根据参数校准公式计算出校准值，判断校准值是否符合预设的精度范围，若是，则执行步骤S4，否则执行步骤S3；
S3：令预想输出值等于校准值，返回执行步骤S2；
S4：令谐波信号源的参数设置值等于校准值，使得谐波信号源输出高精度信号。
优选地，当校准幅值参数时，所述参数校准公式为：
其中，Vi为预想输出值，Vis为参数设置值，Vim为实际输出值，Vic为校准值。
优选地，当校准相位参数时，所述参数校准公式为：
θic＝θis-θim+θi
其中，θi为预想输出值，θis为参数设置值，θim为实际输出值，θic为校准值。
优选地，执行步骤S4之前先执行步骤T1至T3；
T1：切换与谐波信号源连接的负载，执行步骤S1至步骤S3获得对应的校准值；
T2：根据负载参数和对应的校准值建立相应的校准值数据库；
T3：根据实际连接的负载从校准值数据库中读取对应的校准值。
优选地，还包括：设定不同的谐波信号源的参数设置值，根据负载参数、不同的参数设置值和对应的校准值建立相应的校准值数据库。
本发明提供的一种电能质量标准谐波信号源，包括计算机、谐波信号源；所述计算机连接所述谐波信号源；
所述计算机包括存储器和处理器，其中所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时能够实现以下步骤：
S1：设定谐波信号源的参数设置值，令预想输出值等于参数设置值；
S2：测量谐波信号源的实际输出值，根据参数校准公式计算出校准值，判断校准值是否符合预设的精度范围，若是，则执行步骤S4，否则执行步骤S3；
S3：令预想输出值等于校准值，返回执行步骤S2；
S4：令谐波信号源的参数设置值等于校准值，使得谐波信号源输出高精度信号。
优选地，当校准幅值参数时，所述参数校准公式为：
其中，Vi为预想输出值，Vis为参数设置值，Vim为实际输出值，Vic为校准值。
优选地，当校准相位参数时，所述参数校准公式为：
θic＝θis-θim+θi
其中，θi为预想输出值，θis为参数设置值，θim为实际输出值，θic为校准值。
优选地，执行步骤S4之前先执行步骤T1至T3；
T1：切换与谐波信号源连接的负载，执行步骤S1至步骤S3获得对应的校准值；
T2：根据负载参数和对应的校准值建立相应的校准值数据库；
T3：根据实际连接的负载从校准值数据库中读取对应的校准值。
优选地，还包括：设定不同的谐波信号源的参数设置值，根据负载参数、不同的参数设置值和对应的校准值建立相应的校准值数据库。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明提供的一种谐波信号源校准方法，包括：S1：设定谐波信号源的参数设置值，令预想输出值等于参数设置值；S2：测量谐波信号源的实际输出值，根据参数校准公式计算出校准值，判断校准值是否符合预设的精度范围，若是，则执行步骤S4，否则执行步骤S3；S3：令预想输出值等于校准值，返回执行步骤S2；S4：令谐波信号源的参数设置值等于校准值，使得谐波信号源输出高精度信号。本发明通过谐波信号源校准方法将普通谐波信号源的校准值计算出来，通过校准值可以使普通谐波信号源输出高精度信号，满足精度需求的同时，还有普通谐波信号源结构简单、体积小、成本低的特点，解决了普通谐波信号源精度差、而标准谐波信号源结构复杂、体积大、成本高的技术问题。本发明还提供了电能质量标准谐波信号源，具有结构简单、体积小、成本低且精度高的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明中用于说明现有的标准谐波信号源的示意图；
图2为本发明提供的一种谐波信号源校准方法的一个实施例的流程图；
图3为本发明提供的一种谐波信号源校准方法的另一个实施例的流程图；
图4为本发明提供的一种电能质量标准谐波信号源的一个实施例的示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种谐波信号源校准方法及电能质量标准谐波信号源，用于解决普通谐波信号源精度差、而标准谐波信号源结构复杂、体积大、成本高的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图2，本发明提供的一种谐波信号源校准方法的一个实施例，包括：
101：设定谐波信号源的参数设置值，令预想输出值等于参数设置值；
102：测量谐波信号源的实际输出值，根据参数校准公式计算出校准值，判断校准值是否符合预设的精度范围，若是，则执行步骤104，否则执行步骤103；
103：令预想输出值等于校准值，返回执行步骤102；
104：令谐波信号源的参数设置值等于校准值，使得谐波信号源(根据参数设置值)输出高精度信号。
当校准幅值参数时，所述参数校准公式为：
其中，Vi为预想输出值，Vis为参数设置值，Vim为实际输出值，Vic为校准值。
当校准相位参数时，所述参数校准公式为：
θic＝θis-θim+θi
其中，θi为预想输出值，θis为参数设置值，θim为实际输出值，θic为校准值。
由于所采用的普通谐波信号源的信号频率很准确和稳定，因此可以由幅值和相位准确定义谐波信号，需要校准的谐波信号参数是幅值和相位，请参看下面的公式：
输出信号v由基波(i＝1)和2～N次谐波信号叠加而成，其中ωi、Vi、θi分别是第i次谐波信号的频率、幅值和相位参数，由于频率是准确的，因此只需校准Vi和θi。
考虑到普通谐波信号源输出的非线性因素，需多次校准才能得到高精度校准数据。正如本实施例中步骤101到步骤103，第一次校准时，预想输出值等于参数设置值；例如进行幅值校准时，参数设置值为100，但实际输出值为50，则计算得到第一次校准值为200，但第一次校准后仍存在一定误差，则进行第二次校准，根据第一次校准结果，将预想输出值设为第一次的校准值，即200，但此时实际输出值为99，则第二次校准值为200/99*100＝202.02,通过两次校准就可达到需要的精度。
本发明实施例通过谐波信号源校准方法将普通谐波信号源的校准值计算出来，通过校准值可以使普通谐波信号源输出高精度信号，满足精度需求的同时，还有普通谐波信号源结构简单、体积小、成本低的特点，解决了普通谐波信号源精度差、而标准谐波信号源结构复杂、体积大、成本高的技术问题。
以上是对本发明提供的一种谐波信号源校准方法的一个实施例进行详细的描述，以下将对本发明提供的一种谐波信号源校准方法的另一个实施例进行详细的描述。
请参阅图3，本发明提供的一种谐波信号源校准方法的另一个实施例，包括：
201：设定谐波信号源的参数设置值，令预想输出值等于参数设置值；
202：测量谐波信号源的实际输出值，根据参数校准公式计算出校准值，判断校准值是否符合预设的精度范围，若是，则执行步骤204，否则执行步骤203；
203：令预想输出值等于校准值，返回执行步骤202；
204：切换与谐波信号源连接的负载，设定不同的谐波信号源的参数设置值，执行步骤201至步骤203获得对应的校准值；
其中，切换与谐波信号源连接的负载可以是谐波信号源同时连接有多个负载，校准的时候仅接通其中一个开关，其他开关断开，当需要切换的时候，计算机控制开关断开和闭合，使得谐波信号源仅接通另一个负载；当然，也可以是人工进行切换。
而执行步骤201至步骤203获得对应的校准值不是指先执行步骤201、再执行步骤202，然后执行步骤203，而是先执行步骤201，再执行步骤202，然后根据步骤202的判断结果执行步骤203或步骤204，若执行步骤203，则又返回执行步骤202。
最终，获得了所有需要的校准值后，执行步骤205。
205：根据负载参数、不同的参数设置值和对应的校准值建立相应的校准值数据库；
206：根据实际连接的负载和需要采用的参数设置值从校准值数据库中读取对应的校准值。
207：令谐波信号源的参数设置值等于校准值，使得谐波信号源输出高精度信号。
为消除普通谐波信号源所带负载的影响，应对不同负载分别进行校准，并生成相应校准数据。控制程序根据普通谐波信号源所带负载的不同，选择不同校准数据。
并且，根据实验室需要的校准点(需要谐波输出的幅值、相位)，在校准设计的时候就把需要的校准点的参数都校准设计好，当需要用到某个校准点的时候，可以直接从校准值数据库中读取相应的校准值。
需要说明的是，本发明中，令A等于B的意思是将B的值赋值给A，如令预想输出值等于参数设置值的意思是指将参数设置值赋值给预想输出值，如参数设置值的值是100，则预想输出值被赋值100。
以上是对本发明提供的一种谐波信号源校准方法的另一个实施例进行详细的描述，以下将对本发明提供的一种电能质量标准谐波信号源的一个实施例进行详细的描述。
请参阅图4，本发明提供的一种电能质量标准谐波信号源的一个实施例，包括计算机、谐波信号源；所述计算机连接所述谐波信号源(计算机和普通谐波信号源通过网口进行通信)；
所述计算机包括存储器和处理器，其中所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时能够实现以下步骤：
S1：设定谐波信号源的参数设置值，令预想输出值等于参数设置值；
S2：测量谐波信号源的实际输出值，根据参数校准公式计算出校准值，判断校准值是否符合预设的精度范围，若是，则执行步骤S4，否则执行步骤S3；
S3：令预想输出值等于校准值，返回执行步骤S2；
S4：令谐波信号源的参数设置值等于校准值，使得谐波信号源输出高精度信号。(计算机直接将参数设置值输入谐波信号源)
当校准幅值参数时，所述参数校准公式为：
其中，Vi为预想输出值，Vis为参数设置值，Vim为实际输出值，Vic为校准值。
当校准相位参数时，所述参数校准公式为：
θic＝θis-θim+θi
其中，θi为预想输出值，θis为参数设置值，θim为实际输出值，θic为校准值。
执行步骤S4之前先执行步骤T1至T3；
T1：切换与谐波信号源连接的负载，执行步骤S1至步骤S3获得对应的校准值；
T2：根据负载参数和对应的校准值建立相应的校准值数据库；
T3：根据实际连接的负载从校准值数据库中读取对应的校准值。
计算机执行的程序还包括：设定不同的谐波信号源的参数设置值，根据负载参数、不同的参数设置值和对应的校准值建立相应的校准值数据库。
为使普通谐波信号源的输出精度达到标准谐波信号源的要求，首先用计算机控制的高精度谐波分析仪(用于检测实际输出值)对普通谐波信号源进行校准，并将校准数据保存在计算机中。
然后，计算机运行带图形界面的控制程序，用以控制普通谐波信号源的输出。
当用户在控制程序图形界面上设置输出信号的参数，并启动输出后，控制程序就根据用户设置的参数查找相应的校准数据，并用校准数据和设置的参数生成实际的输出信号参数，并将实际的输出信号参数输出到普通谐波信号源，以产生高精度的谐波输出信号，达到标准谐波信号源的要求。
本标准谐波信号源只在校准点产生高精度的谐波信号，这些校准点包含实验室的校准点，因此满足实验室要求。
本发明通过用计算机对普通谐波信号源进行校准，通过计算机、校准数据将普通谐波信号源提升为标准谐波信号源，具有以下优点：
a)购置费用低；
b)故障率低，维修费用低；
c)由于普通谐波信号源体积、体重较低，便于携带、送检；
d)精度高，精度符合要求。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种谐波信号源校准方法，其特征在于，包括：
S1：设定谐波信号源的参数设置值，令预想输出值等于参数设置值；
S2：测量谐波信号源的实际输出值，根据参数校准公式计算出校准值，判断校准值是否符合预设的精度范围，若是，则执行步骤S4，否则执行步骤S3；
S3：令预想输出值等于校准值，返回执行步骤S2；
S4：令谐波信号源的参数设置值等于校准值，使得谐波信号源输出高精度信号。
2.根据权利要求1所述的一种谐波信号源校准方法，其特征在于，当校准幅值参数时，所述参数校准公式为：
<mrow> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>m</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <msub> <mi>V</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow>
其中，Vi为预想输出值，Vis为参数设置值，Vim为实际输出值，Vic为校准值。
3.根据权利要求1所述的一种谐波信号源校准方法，其特征在于，当校准相位参数时，所述参数校准公式为：
θic＝θis-θim+θi
其中，θi为预想输出值，θis为参数设置值，θim为实际输出值，θic为校准值。
4.根据权利要求1所述的一种谐波信号源校准方法，其特征在于，执行步骤S4之前先执行步骤T1至T3；
T1：切换与谐波信号源连接的负载，执行步骤S1至步骤S3获得对应的校准值；
T2：根据负载参数和对应的校准值建立相应的校准值数据库；
T3：根据实际连接的负载从校准值数据库中读取对应的校准值。
5.根据权利要求4所述的一种谐波信号源校准方法，其特征在于，还包括：设定不同的谐波信号源的参数设置值，根据负载参数、不同的参数设置值和对应的校准值建立相应的校准值数据库。
6.一种电能质量标准谐波信号源，其特征在于，包括计算机、谐波信号源；所述计算机连接所述谐波信号源；
所述计算机包括存储器和处理器，其中所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时能够实现以下步骤：
S1：设定谐波信号源的参数设置值，令预想输出值等于参数设置值；
S2：测量谐波信号源的实际输出值，根据参数校准公式计算出校准值，判断校准值是否符合预设的精度范围，若是，则执行步骤S4，否则执行步骤S3；
S3：令预想输出值等于校准值，返回执行步骤S2；
S4：令谐波信号源的参数设置值等于校准值，使得谐波信号源输出高精度信号。
7.根据权利要求6所述的一种电能质量标准谐波信号源，其特征在于，当校准幅值参数时，所述参数校准公式为：
<mrow> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>m</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <msub> <mi>V</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow>
其中，Vi为预想输出值，Vis为参数设置值，Vim为实际输出值，Vic为校准值。
8.根据权利要求6所述的一种电能质量标准谐波信号源，其特征在于，当校准相位参数时，所述参数校准公式为：
θic＝θis-θim+θi
其中，θi为预想输出值，θis为参数设置值，θim为实际输出值，θic为校准值。
9.根据权利要求6所述的一种电能质量标准谐波信号源，其特征在于，执行步骤S4之前先执行步骤T1至T3；
T1：切换与谐波信号源连接的负载，执行步骤S1至步骤S3获得对应的校准值；
T2：根据负载参数和对应的校准值建立相应的校准值数据库；
T3：根据实际连接的负载从校准值数据库中读取对应的校准值。
10.根据权利要求9所述的一种电能质量标准谐波信号源，其特征在于，还包括：设定不同的谐波信号源的参数设置值，根据负载参数、不同的参数设置值和对应的校准值建立相应的校准值数据库。
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